La Soda Cáustica

Es un sólido blanco, higroscópico (absorbe humedad del aire), que corroe la piel y se disuelve muy bien en el agua liberando una gran cantidad de calor. Generalmente se utiliza en forma sólida o en solución. El hidróxido de sodio es uno de los principales compuestos químicos utilizados en la industria. Por ejemplo, es ampliamente utilizado en la fabricación de papel, en la industria del algodón , en la industria textil, en la fabricación de jabón y en la fabricación de muchos otros productos químicos.

Obtención

Se prepara por dos métodos distintos.

Tratando carbonato de sodio con cal apagada.

2Na⁺ + CO₃^2- + Ca⁺⁺ + 2OH^- CaCO₃ + 2Na⁺ + 2OH^-

Se prepara por filtración de carbonato de calcio, precipitado; y el líquido que pasa se evapora hasta sequedad.

Electrólisis en celdas especiales de Salmuera.

Haciendo pasar una corriente eléctrica por una solución de cloruro de sodio el cloro se desprende en el ánodo; y el ión cloruro, Cl^-, pierde un electrón, oxidándose en consecuencia a cloro gaseoso. Si el electrodo es de carbón que no reacciona, éste se disuelve en el agua hasta formar una solución saturada y luego escapa en estado gaseoso. En el cátodo queda libre el hidrógeno y se forma la soda cáustica.

Célula de cátodo fijo y diafragma.

Por la parte superior ingresa la solución de cloruro de sodio purificada y saturada.

El diafragma está compuesto por varias capas de asbesto que revisten a telas o mallas de hierro que separan los compartimentos anódicos y catódicos.

Actualmente se emplean varias resinas que reemplazan el asbesto y se trata de compuestos del ácido perfluorsulfónico.

Los ánodos son de grafito y las parrillas de hierro forman el cátodo.

Se aplica una corriente de 4 volts, los iones cloro se dirigen al ánodo, se descargan y abandonan el compartimiento en forma de gas. A demás, el hidrógeno que se desprende se recoge por debajo del diafragma.

Célula de cátodo fijo sin diafragma.

El transporte de corriente entre los dos espacios tiene lugar por debajo de la campana donde las dos soluciones, anódicas y catódicas están en contacto directamente. Se produce una capa límite estacionaria de modo que quede compensando el transporte de los iones oxidrilos hacia el ánodo con la entrada de la solución de NaCl y la salida de solución de soda cáustica en el compartimiento catódico (el NaCl entra en el compartimiento anódico).

Célula con cátodo móvil de mercurio.

Una solución saturada purificada de NaCl ingresa continuamente en la misma dirección que una corriente de mercurio, de poco espesor que actúa como cátodo. Se aplica una corriente de 4,6 voltios y los ánodos son de grafito (generalmente varios ánodos). En la electrólisis el cloro se descarga como cloro gaseoso en el ánodo. El Na⁺ pasa a Na⁰ en el cátodo antes que el H⁺ debido a que este último tiene un sobrevoltaje muy elevado.

El sodio se disuelve en el mercurio y sale de la celda. Exteriormente se trata con agua formándose NaOH y H₂. El mercurio regresa a la celda lográndose un proceso continuo.

Ecuaciónes:

2NaCl 2Na⁺ + 2Cl^-

Ánodo. 2Cl^- Cl₂ + 2e^-

Cátodo. 2Na⁺ + 1e^- 2Na
Na + Hg Na – Hg.

Fuera de la celda.
2Na – Hg + 2 H₂O 2Na⁺ + 2OH^- + H₂ + 2Hg.

La reacción entre la amalgama de sodio y el agua es catalizada por limaduras de hierro y la solución obtenida es del orden del 50 %. Mientras que en la de cátodo fijo con diafragma es del 10 %; la sin diafragma es similar (10%).

Medidas de seguridad en el laboratorio de Química

En el siguiente texto, mostramos una relación de itens elementales para seguridad en el laboratorio químico. Incorpóralos en tu dia a dia al enfrentar una jornada de trabajo.

1. Usa siempre lentes de seguridad y guardapolvo, de peferencia que sea de algodón, largo y con mangas largas.
2. No uses faldas, shorts o zapatos abiertos. Las personas de cabello largo deberan sujetarlos mientras estén en el laboratorio.
3. No trabajes solo, principalmente después del horario normal de trabajo.
4. No fumes, comas o bebas en el laboratorio. Lavate bien las manos al salir del lugar.
5. Al ser designado para trabajar en un determinado laboratorio, es muy importante conocer la localización de los accesorios de seguridad.
6. Antes de usar reactivos que no conoscas, consulta la bibliografia adecuada e informate sobre como manipularlos y descartarlos.
7. No devuelvas los reactivos a los frascos originales, así no hayan sido usados. Evita circular con ellos por el laboratorio.
8. No uses ningún instrumento para el cual no hayas sido entrenado o autorizado a utilizar.
9. Verifica el voltage de trabajo del instrumento antes de enchufarlo. Cuando los instrumentos no estén siendo usados deben permanecer desenchufados.
10. Usa siempre guantes de asbesto, para el aislamiento térmico, al manipular material caliente.
11.Nunca pipetees líquidos con la boca. En este caso usa peras de plástico o trompas de vacio.

El laboratorio no es lugar para juegos!
Concentrate en lo que este haciendo.

* ALMACENAMIENTO

1. Evita almacenar reactivos en lugares altos y de difícil acceso.
2. No guardes líquidos volátiles en lugares donde puedan recibir luz.
3. Los éteres, parafinas y olefinas forman peróxidos cuando son expuestos al aire. No los guardes por largos periodos de tiempo y manipulalos con cuidado.
4. Al utilizar los cilindros de gases, transpórtalos en carritos adecuados. Durante su uso o almacenamiento fijalos bien a la mesa de trabajo o a la pared. Los cilindros con válvulas defectuosas deben ser devueltos al proveedor.
5. Consulta la bibliografia indicada para obtener información sobre el almacenamiento de productos químicos, asegurándote que los reactivos “incompatibles” sean guardados separadamente.

*
MATERIAL DE VIDRIO Y CONEXIONES

1. Al usar material de vidrio, verifica su condición. Recuerda que el vidrio caliente puede tener la misma apariencia que la del vidrio frio. Cualquier material de vidrio que esté astillado debe ser rechazado.
2. Los vidrios rotos deben ser descartados en un recipiente apropiado.
3. Usa siempre un pedazo de tela para protejer tu mano cuando estes cortando vidrio o cuando los estes introduciendo en orificios. Antes de inserir tubos de vidrio (termómetro, etc.) en tapas de goma o de corcho, lubrifícalos.
4. Nunca uses mangueras de latex viejas. has las conexiones necesarias utilizando mangueras nuevas y pinzas adecuadas.
5. Ten un cuidado especial al trabajar con sistemas al vacio o a presión. Los desecadores al vacio deben ser protejidos con cinta adhesiva y colocados en rejas de protección adecuadas.
6. Antes de iniciar algún experimento, verifica que todas las conexiones y uniones estén seguras.

*
REALIZACIÓN DE LOS EXPERIMENTOS

1. Nunca adiciones agua sobre ácido, lo correcto es adicionar ácido sobre agua.
2. Al experimentar el olor de productos químicos, nunca coloques el producto o el frasco directamente en la nariz.
3. Cuando estes manipulando frascos o tubos de ensayo, nunca dirija la abertura en tu dirección o en la dirección de otras personas.
4. Presta atención cuando tengas que realizar procesos de calentamiento.
5. Cuidado para no quemarte al utilizar nitrógeno o CO2 líquidos.
6. La destilación de solventes, manipulación de ácidos y compuestos tóxicos y las reacciones que generen gases tóxicos son operaciones que deben se realizadas en campanas con buen arrastre.
7. Las válvulas de los cilindros deben ser abiertas lentamente con las manos o usando llaves apropiadas. Nunca fuerzes las válvulas , con martillos u otras herramientas, ni las dejes con presión cuando el cilindro no esté siendo usado.
8. Siempre que sea posible, antes de realizar reacciones donde no conoscas totalmente los resultados, has una reacción en pequeña escala en la campana.
9. Al trabajar con reacciones peligrosas (peligro de explosión, generación de material tóxico, etc.) o cuya peligrosidad desconoscas procede de la siguiente forma:
a. avísale a tus compañeros del laboratorio.
b. trabaja en una campana con buen arrastre, retirando todo tipo de material inflamable. Trabaja en un área limpia.
c. usa protector acrílico.
d. ten un extintor cerca y listo para ser usado. 10. Al ausentarte de tu mesa de trabajo, o dejar reacciones en marcha marcha durante la noche o durante el final de semana, llena la ficha de identificación adecuada. En el caso de que no esté disponible, improvisa una y colócala en un lugar visible y cercano al experimento. en ella deben constar informaciones sobre la reacción en marcha, nombre del responsable y de su superior inmediato, con dirección y teléfono para contacto. Además deben constar informaciones de como proceder en casos de accidentes o a falta de agua y/o electricidad.
11. La última persona a salir del laboratorio, debe apagar todo y desenchufar los instrumentos.

* RESÍDUOS

1. Los resíduos de solventes de reacciones y de rotavapores deben ser colocados en frascos apropiados para ser tratados para descarte. Evita mezclar los solventes, para esto te sugerimos la siguiente separación : Solventes clorados, Hidrocarburos, Alcoholes y Cetonas, Éteres y Ésteres, Acetatos y Aldehidos. Siempre que sea posible indica también los porcentajes aproximados de los componentes, ya que este tipo de resíduo acostumbra ser incinerado por empresas especializadas que exigen una descripción minuciosa del material que reciben. Verifica primero si es posible recuperar estos residuos en el laboratorio.
2. Los residuos acuosos ácidos o básicos deben ser neutralizados en el caño antes de descartados, y solo después de esto podrán ser descartados. Para el descarte de metales pesados, metales alcalinos y de otros residuos, consulta anticipadamente la bibliografia adecuada.
3. El uso de solución sulfocrómica para limpieza está siendo prohibido en la mayoria de laboratorios. En el caso de necesitar usarla nunca hagas el descarte directamente en el caño.

* ACCESORIOS DE SEGURIDAD

Cuando estes trabajando en un laboratorio, debes hacer lo siguiente:
1. Localizar los extintores de incendio y verificar a que tipo pertenecen y que tipo de fuego pueden apagar.
2. Localizar las salidas de emergencia.
3. Localizar la caja de primeros auxilios auxilios y verifica los tipos de medicamentos existentes y su utilidad.
4. Localizar la caja de máscaras contra gas. Sí necesitaras usarlas, recuerda siempre verificar las existencia y la calidad de los filtros adecuados para su utilización.
5. Localizar la llave general de electricidad del laboratorio y aprender a desligarla.
6. Localizar la frasada anti-fuego.
7. Localizar la caja de arena.
8. Localizar el lava-ojos mas cercano y verificar sí está funcionando correctamente.
9. Localizar la ducha y verificar sí está funcionando correctamente.
10.Informarse sobre los teléfonos a ser usados en casos de emergencia (hospitales, ambulancia, bomberos, etc.)
IMPORTANTE : Además de localizar estos accesorios, deverás saber utilizarlos correctamente. Así, para una rápida referencia, consulta a la persona responsable por la seguridad del laboratorio o en los manuales especializados en el asunto.

¡Nos acercamos!

Es cierto! cada vez falta menos para llegar al medio millón de visitas. Puede que para algunos eso no sea nada… pero para mí, acostumbrado a que todas las páginas web que armo tengan poca difusión, es mucho!

Gracias a todos por colaborar con sus comentarios y su aporte de nuevas ideas para mejorar este blog.

Actualmente vamos por las 486,401 visitas!

The chemical elements

Introduction

also called element, any substance that cannot be decomposed into simpler substances by ordinary chemical processes. Elements are the fundamental materials of which all matter is composed.

This article considers the origin of the elements and their abundances throughout the universe. The geochemical distribution of these elementary substances in the Earth’s crust and interior is treated in some detail, as is their occurrence in the hydrosphere and atmosphere. The article also discusses the periodic law and the tabular arrangement of the elements based on it. For detailed information about the compounds of the elements, see chemical compound.

General observations

At present there are 112 known chemical elements. About 20 percent of them do not exist in nature (or are present only in trace amounts) and are known only because they have been synthetically prepared in the laboratory. Elements can combine with one another to form a wide variety of more complex substances called compounds. The number of possible compounds is almost infinite; perhaps a million are known, and more are being discovered every day. When two or more elements combine to form a compound, they lose their separate identities, and the product has characteristics quite different from those of the constituent elements. The gaseous elements hydrogen and oxygen, for example, with quite different properties, can combine to form the compound water, which has altogether different properties from either oxygen or hydrogen. Water clearly is not an element because it consists of, and actually can be decomposed chemically into, the two substances hydrogen and oxygen; these two substances, however, are elements because they cannot be decomposed into simpler substances by any known chemical process. Most samples of naturally occurring matter are physical mixtures of compounds. Seawater, for example, is a mixture of water and a large number of other compounds, the most common of which is sodium chloride, or table salt. Mixtures differ from compounds in that they can be separated into their component parts by physical processes; for example, the simple process of evaporation separates water from the other compounds in seawater.

Historical development of the concept of element

The modern concept of an element is unambiguous, depending as it does on the use of chemical and physical processes as a means of discriminating elements from compounds and mixtures. The existence of fundamental substances from which all matter is made, however, has been the basis of much theoretical speculation since the dawn of history. The ancient Greek philosophers Thales, Anaximenes, and Heracleitus each suggested that all matter is composed of one essential principle-or element. Thales believed this element to be water; Anaximenes suggested air; and Heracleitus, fire. Another Greek philosopher, Empedocles, expressed a different belief-that all substances are composed of four elements: air, earth, fire, and water. Aristotle agreed and emphasized that these four elements are bearers of fundamental properties, dryness and heat being associated with fire, heat and moisture with air, moisture and cold with water, and cold and dryness with earth. In the thinking of these philosophers all other substances were supposed to be combinations of the four elements, and the properties of substances were thought to reflect their elemental compositions. Thus, Greek thought encompassed the idea that all matter could be understood in terms of elemental qualities; in this sense, the elements themselves were thought of as nonmaterial. The Greek concept of an element, which was accepted for nearly 2,000 years, contained only one aspect of the modern definition-namely, that elements have characteristic properties.

In the latter part of the Middle Ages, as alchemists became more sophisticated in their knowledge of chemical processes, the Greek concepts of the composition of matter became less satisfactory. Additional elemental qualities were introduced to accommodate newly discovered chemical transformations. Thus, sulfur came to represent the quality of combustibility, mercury that of volatility or fluidity, and salt that of fixity in fire (or incombustibility). These three alchemical elements, or principles, also represented abstractions of properties reflecting the nature of matter, not physical substances.

The important difference between a mixture and a chemical compound eventually was understood, and in 1661 the English chemist Robert Boyle recognized the fundamental nature of a chemical element. He argued that the four Greek elements could not be the real chemical elements because they cannot combine to form other substances nor can they be extracted from other substances. Boyle stressed the physical nature of elements and related them to the compounds they formed in the modern operational way.

In 1789 the French chemist Antoine-Laurent Lavoisier published what might be considered the first list of elemental substances based on Boyle’s definition. Lavoisier’s list of elements was established on the basis of a careful, quantitative study of decomposition and recombination reactions. Because he could not devise experiments to decompose certain substances, or to form them from known elements, Lavoisier included in his list of elements such substances as lime, alumina, and silica, which now are known to be very stable compounds. That Lavoisier still retained a measure of influence from the ancient Greek concept of the elements is indicated by his inclusion of light and heat (caloric) among the elements.

Seven substances recognized today as elements (i.e., gold, silver, copper, iron, lead, tin, and mercury) were known to the ancients because they occur in nature in relatively pure form. They are mentioned in the Bible and in an early Hindu medical treatise, the Caraka-saṃhitā. Sixteen other elements were discovered in the second half of the 18th century, when methods of separating elements from their compounds became better understood. Eighty-two more followed, after the introduction of quantitative analytical methods.

The atomic nature of the elements

Paralleling the development of the concept of elements was an understanding of the nature of matter. At various times in history, matter has been considered to be either continuous or discontinuous. Continuous matter is postulated to be homogeneous and divisible without limit, each part exhibiting identical properties regardless of size. This was essentially the point of view taken by Aristotle when he associated his elemental qualities with continuous matter. Discontinuous matter, on the other hand, is conceived of as particulate-that is, divisible only up to a point, the point at which certain basic units called atoms are reached. According to this concept, also known as the atomic hypothesis, subdivision of the basic unit (atom) could give rise only to particles with profoundly different properties. Atoms, then, would be the ultimate carriers of the properties associated with bulk matter.

The atomic hypothesis is usually credited to the Greek philosopher Democritus, who considered all matter to be composed of atoms of the four elements-earth, air, fire, and water. But Aristotle’s concept of continuous matter generally prevailed and influenced thought until experimental findings in the 16th century forced a return to the atomic theory. Two types of experimental evidence gave support to the atomic hypothesis: first, the detailed behaviour of gaseous substances and, second, the quantitative weight relationships observed with a variety of chemical reactions. The English chemist John Dalton was the first to explain the empirically derived laws of chemical combination by postulating the existence of atoms with unique sets of properties. At the time, chemical combining power (valence) and relative atomic weights were the properties of most interest. Subsequently numerous independent experimental verifications of the atomic hypothesis were carried out, and today it is universally accepted. Indeed, in 1969 individual uranium and thorium atoms were actually observed by means of an electron microscope.

The structure of atoms

Atoms of elemental substances are themselves complex structures composed of more fundamental particles called protons, neutrons, and electrons. Experimental evidence indicates that, within an atom, a small nucleus, which generally contains both protons and neutrons, is surrounded by a swarm, or cloud, of electrons. The fundamental properties of these subatomic particles are their weight and electrical charge. Whereas protons carry a positive charge and electrons a negative one, neutrons are electrically neutral. The diameter of an atom (about 10-8 centimetre) is 10,000 times larger than that of its nucleus. Neutrons and protons, which are collectively called nucleons, have relative weights of approximately one atomic mass unit, whereas an electron is only about 1/2000 as heavy. Because neutrons and protons occur in the nucleus, virtually all of the mass of the atom is concentrated there. The number of protons in the nucleus is equivalent to the atomic number of the element. The total number of protons and neutrons is called the mass number because it equals the relative weight of that atom compared to other atoms. Because the atom itself is electrically neutral, the atomic number represents not only the number of protons, or positive charges, in the nucleus but also the number of electrons, or negative charges, in the extranuclear region of the atom.

The chemical characteristics of elements are intimately related to the number and arrangement of electrons in their atoms. Thus, elements are completely distinguishable from each other by their atomic numbers. The realization that such is the case leads to another definition of an element, namely, a substance, all atoms of which have the same atomic number.

The existence of isotopes

Careful experimental examination of naturally occurring samples of many pure elements shows that not all the atoms present have the same atomic weight, even though they all have the same atomic number. Such a situation can occur only if the atoms have different numbers of neutrons in their nuclei. Such groups of atoms-with the same atomic number, but with different relative weights-are called isotopes. The number of isotopic forms that a naturally occurring element possesses ranges from one (e.g., fluorine) to as many as ten (e.g., tin); most of the elements have at least two isotopes. The atomic weight of an element is usually determined from large numbers of atoms containing the natural distribution of isotopes, and, therefore, it represents the average isotopic weight of the atoms constituting the sample. More recently, precision mass-spectrometric methods have been used to determine the distribution and weights of isotopes in various naturally occurring samples of elements.